Счётчик включений и хранение данных по байтам

Зарядная станция в моём гараже живёт своей жизнью: свет мигнёт, сосед включит сварочник — и питание прыгает. Мне хотелось знать, сколько раз плате приходилось стартовать заново: это честный индикатор качества электричества на объекте. Идея «счётчик включений в EEPROM» заняла пять минут. Работало отлично... ровно до 256-го включения.

На 256-м старте счётчик обнулился. Я сидел над кодом как обманутый: логика верная, число растёт, а тут раз — и ноль. Причина была в том, чего я тогда не понимал: EEPROM хранит байты, а байт — это числа от 0 до 255. Мой счётчик жил в одной ячейке и на 256-м шаге переполнился обратно в ноль. Тупик лечится знанием: числа больше 255 нужно резать на два байта и складывать по соседним адресам.

В этом уроке сделаем счётчик включений правильно: с защитой от пустой EEPROM, которая читается как 255, и с хранением int в двух байтах через деление и остаток. А в конце заставим плату помнить яркость светильника — применений у приёма «запомнить при старте» десятки, от громкости будильника до калибровки весов.

В симуляторе EEPROM.read сохраняет значения между запусками, поэтому счётчик можно погонять честно: запуск — плюс один, запуск — ещё плюс один. Поддержаны все команды урока: read, write, update и length.

Логика счётчика укладывается в три действия: при старте прочитать ячейку, прибавить единицу, записать обратно. Делать это надо в setup(): функция выполняется один раз за включение, а нам и нужно ровно одно увеличение на одно включение. Если бы счётчик жил в loop(), он тикал бы тысячи раз в секунду, и ячейка выработала бы свои 100000 записей за часы.

Первый подводный камень — пустая EEPROM. Свежая плата читает любую ячейку как 255. Бездумный алгоритм «прочитал, прибавил, записал» на первом же включении запишет 0 вместо 1: 255 плюс 1 равно 256, а байт не может быть больше 255 — переполнение в ноль. Поэтому обязательная проверка: если прочитали 255, считаем, что счётчик пуст, и начинаем с нуля.

Число 255 как признак «пусто» работает, пока счётчик сам не доберётся до 255 — а он доберётся: 255 включений при ежедневных перезапусках — это меньше года. Так что однобайтовый счётчик годится для отладки и коротких экспериментов, а для постоянной работы нужны два байта. До них дойдём через минуту — сначала почувствуйте механику на одном.

Где это пригождается, кроме гаража: диагностика питания (счётчик растёт сам по себе — ловите просадки), учёт циклов для обслуживания (фильтр, помпа, реле), отлов случайных Reset при плохом контакте USB. Дешёвая телеметрия одним байтом.

Разложим проблему по битам. Ячейка EEPROM — 8 бит: числа 0–255. Тип int на Arduino (платы AVR) — 16 бит: от −32768 до 32767, а в беззнаковой версии unsigned int — от 0 до 65535. EEPROM адресуется побайтно, поэтому любое 16-битное число — это две соседние ячейки: старший байт и младший.

Как разрезать число на два байта без битовой магии — школьной арифметикой. Старший байт: value / 256 — целочисленное деление показывает, сколько раз 256 помещается в числе. Младший байт: value % 256 — остаток от деления, всё, что не поместилось. Проверим на 1000: 1000 / 256 = 3, 1000 % 256 = 232. И правда, 3 × 256 + 232 = 1000. Обратная сборка: value = high × 256 + low.

В библиотеке Arduino есть готовые помощники — highByte() и lowByte(): они делают ровно это разрезание. А «взрослая» запись через сдвиги — старший байт это value, сдвинутый на 8 бит вправо, младший — value, наложенный на маску 255, — работает по той же арифметике: сдвиг вправо на 8 бит и есть деление на 256, а маска — взятие остатка. Концептуально это одно и то же, просто деление и остаток нагляднее для начала.

Два байта дают счётчик до 65535. При включениях раз в день это 179 лет, раз в час — 7,4 года. Договоритесь с собой о порядке ячеек и не меняйте его: у меня старший байт всегда лежит по меньшему адресу. Пара адресов 0 и 1 занята счётчиком, 2 — яркостью. Заведите в шапке скетча комментарий-карту памяти, какие адреса чем заняты, — через полгода без неё вы не разберётесь в собственном коде.

Читаем обе ячейки: high из нулевой, low из первой. Признак пустой памяти теперь пара 255 и 255: свежая EEPROM читается всеми единицами в обеих ячейках. Если обе — 255, счётчик стартует с нуля; иначе собираем число через long. Приём с промежуточным присваиванием защищает от переполнения: high × 256 при high = 255 даёт 65280, что уже больше потолка знакового int (32767), а long спокойно тянет миллиарды.

Запись обратно зеркальна: EEPROM.update(0, count / 256) и EEPROM.update(1, count % 256). При count до 65535 оба результата влезают в байт. Единственный крайний случай — счётчик дотянулся до 65535 и прибавил ещё: 65536 / 256 = 256, а это уже не байт. Лекарство — третий байт, но 65535 включений даже по одному в час хватит на 7,4 года.

Вторая половина скетча — яркость: читаем ячейку 2, фильтруем 255 дефолтом, analogWrite(9, bright). Плюс сохранение при вращении ручки с гистерезисом из прошлого урока. Смотрите, как аккуратно разложилась память: 0–1 — счётчик, 2 — яркость. Три ячейки — и плата знает и свою историю, и предпочтения хозяина.

Приём «прочитал при старте — применил» масштабируется на всё, что пользователь настраивает руками: громкость будильника, целевую температуру термостата, номер последнего режима гирлянды, ноль калибровки весов. Схема всегда одна: одна настройка — одна ячейка (или договорённое количество), чтение в setup(), запись по событию с update().

В симуляторе всё это можно проверить прямо сейчас: EEPROM.read, EEPROM.write, EEPROM.update и EEPROM.length() работают по-настоящему, а значения живут между запусками, как на реальной плате между выключениями. Запустите скетч — счётчик покажет 1; нажмите Стоп, запустите снова — 2; покрутите A0 — яркость сохранится и вернётся после перезапуска.

У вас в руках полный приём «пережить розетку»: настройки — по байту, счётчики — по два байта, сборка и разбор через деление и остаток. Следующий логичный шаг — скрестить два мира: EEPROM хранит конфигурацию и счётчики, SD-карта — поток измерений. Логгер, который при каждом старте печатает свой номер включения и подхватывает пороги, работает месяцами без присмотра — и вы уже умеете собирать такой.

И последнее. Теперь, когда вы знаете про ресурс ячеек и пустые 255, чужой код с EEPROM.write в loop() будет резать глаз, как молоток по стеклу. Это хороший глаз. Сохраняйте его — и свои настройки.